CN103559367A - 一种多线并列船闸联合调度模拟及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，包括以下步骤：一）确定船闸联合调度模拟的初始条件；二）确定航行路线和潜在冲突区位置；三）建立船闸运行状态数学模型；四）建立船队运动数学模型；五）船闸运行效率以及冲突区交通状况分析。本发明将船舶过闸调度视为船闸和船舶两个对象的运行问题，并以此来构建船闸运行状态数学模型和船队运动数学模型，两个模型利用调度条件来进行相互约束，用于多线并列船闸运行状态和航行冲突区交通状况分析时，可以计算分析多线并列船闸联合调度过程中，船闸与船闸、船闸与船舶、船舶与船舶间的相互影响，为多线并列船闸联合调度过程中的交通组织提供可靠的参考依据。

Description

一种多线并列船闸联合调度模拟及分析方法

技术领域

本发明属于水运交通领域，特别涉及一种船闸交通组织仿真模型。

背景技术

船闸是天然河流梯级渠化工程广泛采用的一种通航设施，对促进我国内河航道等级的提升，保障高等级航道网建设的顺利推进发挥了重要作用。以往由于航道条件的制约，内河货运量少，枢纽建设的大多为单线船闸，双线和多线并列船闸少，布置也多采用独立型式，如葛洲坝三座船闸分开布置，1号船闸位于大江右岸，2号船闸位于三江右岸、3号船闸位于三江左岸。由于各船闸的航路独立，运行时的相互干扰小，交通组织相对简单。

近年来，随着我国经济的快速发展，内河货运量迅速增长，在主要的水运通道上正进行广泛的船闸扩能工作，多线并列船闸逐渐增多，甚至出现了并列的四线船闸。在多线船闸并列布置时，由于各船闸的航路存在交叉，进出各船闸的船舶间存在相互干扰，给船舶的航行造成了潜在的安全隐患，交通组织问题相对复杂。同时，与运河相比，天然河流中船舶航行受水流条件影响较大、船舶航行受控性相对较差，且船型较为复杂，也增加了船闸交通组织的难度。

对于船闸的交通组织问题，一般采用仿真软件通过构建仿真模型来进行研究。不过在以往的研究中，由于船闸的交通流简单，研究更多地关注闸室的排挡问题，很少关注多线并列船闸的多级调度问题，更没有涉及到船闸附近的交通流冲突问题。同时，在以往的船闸交通组织仿真中，一般采用基于事件过程的方法，船舶的调度过程与船闸的运行过程都同时包含在一个模型中，模型的体系复杂，也增加了模型调试及修改工作的难度。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，该方法能够模拟多线并列船闸的多级调度，再现调度过程中船闸附近的交通流冲突，从而为多线并列船闸联合调度过程中的交通组织提供可靠的参考依据，并且该方法的模型体系简单，便于调试和修改。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术航路规则是：一种多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，包括以下步骤：

一）确定船闸联合调度模拟的初始条件，包括航路条件、船舶调度条件和船闸运行条件；

1）航路条件为：根据多线并列船闸上、下游锚地间的通航水流条件情况、船闸口门区及连接段的航路交叉情况，以及其它通航限制性因素，确定多线并列船闸上、下游锚地间船舶的定线制方案，以及在该方案下，船舶潜在的航线交叉方式；

2）基本的船舶调度条件为：由远及近从靠船设施上向多线并列船闸逐级调度；

3）船闸的运行条件为：在满足安全性要求的条件下，将船闸的运行看作是一个连续的过程，该过程包括10个状态，即开下闸门、下行出闸、上行进闸、关下闸门、灌水、开上闸门、上行出闸、下行进闸、关上闸门和泄水；但是在下列条件下，需要延迟上闸门和下闸门的开启：①共用引航道的另一个船闸已经开门；②共用引航道的另一个船闸处于出闸状态；③共用引航道的另一个船闸处于进闸状态；④该船闸对应的靠船段处于补船状态；⑤共用引航道的另一个船闸对应的靠船段处于补船状态；

二）确定航行路线和潜在冲突区位置

根据步骤一）确定的航路条件，进一步确定多线并列船闸上、下游锚地间船舶的进出闸航行路线，每个船闸上、下游的进闸航行路线和出闸航行路线各为一条连续的多段线；将船舶的逐级调度过闸过程看作是一种在固定航行路线上的运动过程，船舶运动过程中的位置由该船舶与其对应船闸间的距离确定，根据该种方法，给出由于航线交叉所形成的潜在冲突区距离各船闸的位置；

三）建立船闸运行状态数学模型

由步骤一）确定的船舶调度条件和船闸运行条件，建立以船闸运行条件和船舶调度条件为约束的船闸运行状态数学模型：

$f(t_0+t_1+t_2)=\left\{\begin{array}{cc}R\left(i\right)& (t_2<t_{R\left(i\right)})\\ R(i+1)& (t_2>=t_{R\left(i\right)},i+1<=n)\\ R\left(0\right)& (t_2>=t_{R\left(i\right)},i=n)\end{array}\right.$

其中f(t₀+t₁+t₂)为时间t₀+t₁+t₂时刻船闸的状态；t₀为前一个状态结束时模型已运行的时间；t₁为目前状态等待的时间；t₂为目前状态运行的时间；i为状态的序号，n为序号的最大值；R(i)为处于第i状态；t_R(i)为第i状态应持续的时间；船闸运行过程分为10个状态，状态序号i=0，1，2，3，4，5，6，7，8，9；

四）建立船队运动数学模型

根据步骤一）确定的船舶调度条件和步骤二）确定的航行路线，建立船队运动数学模型：

$f\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}L\left(j\right)+k\&times;V\left(j\right)& (k<(L(j+1)-L\left(j\right))/V\left(j\right))\\ L(j+1)& (k>=(L(j+1)-L\left(j\right))/V\left(j\right))\end{array}\right.$

其中f(k)为船队运动k时间的位置函数；k为船队已经运动的时间；L(j)为船队起始位置到船闸的距离；L(j+1)为船队的目标位置到船闸的距离；V(j)为船队在该航段的航速；j为目标位置的序号；

五）船闸运行效率以及冲突区交通状况分析

根据步骤三）得到模拟过程中船闸目前状态等待的时间t₁，将每次即将变换状态时的t₁记做t_1max，为每闸次每个状态等待的时间；

将模型所有时间变量的单位与模型计算采用的步长保持一致，通过统计P(t)连续为1的时间来得到每次交通流冲突所持续的时间，同时根据下式计算在模拟时间内，每种冲突方式下船舶交通流冲突的总时间：

T₁=∑t_1max

其中，T₁为模拟时间内各船闸等待的时间之和，在相同的模拟时间内，T₁的数值越大，船闸的运行效率越低；

根据步骤四）得到船舶在每个时刻的位置，结合步骤二）确定的冲突区位置，判断各时刻可能产生冲突的两个船队的交通流状态，分别为p₁(t)、p₂(t)，当t时刻船队位于冲突区范围内时，为1，否则为0；

每种船舶潜在的航线交叉方式下，t时刻冲突区是否存在冲突可由下述条件确定：

P(t)=p₁(t)×p₂(t)

在模拟时间内，每种冲突方式下船舶交通流冲突的总时间由下式计算：

T₂=∑p(t)

其中T₂为每种冲突方式下船舶交通流冲突的总时间；在相同的模拟时间内，T₂的数值越大，冲突区的交通状况越差。

通过调整锚地的发船时机，来改善冲突区交通状况，或是进一步调整船闸运行条件和船舶调度条件，来提高船闸运行效率及改善冲突区交通状况。

在所述步骤三）中，船闸运行的状态按实际运行顺序进行排序。

在所述步骤四）中，将船队的起始位置和目标位置分别设定在不同的靠船设施上。

在所述步骤四）中，船队的起始位置和目标位置按距离船闸的远近依次进行排序。

本发明具有的优点和积极效果是：

1）本发明采用了面向对象的模型构建方式，将船舶过闸问题视为船闸和船舶两个对象的运动问题，并以此来构建船闸运行状态数学模型和船队运动数学模型，两个模型利用船舶调度条件和船闸运行条件来进行相互约束。与以往基于事件过程的模型方法相比，本发明的模型方法具有结构清晰、容易理解、便于调试和修改的优点，尤其适合于多线并列船闸、多级调度等复杂交通流的模拟计算。

2）本发明提供了一种分析多线并列船闸联合调度过程中，船闸与船闸间、船闸与船舶间、船舶与船舶间相互影响的方法。可以通过统计各船闸等待的时间，冲突区内每种冲突方式下船舶交通流的冲突时间，来分析船闸的运行状态及冲突区的交通状况，从而为多线并列船闸联合调度过程中的交通组织提供可靠的参考依据。

综上所述，本发明将船闸调度视为船闸和船舶两个对象的运行问题，并以此来构建船闸运行状态数学模型和船队运动数学模型，两个模型利用船舶调度条件和船闸运行条件来进行相互约束，用于多线并列船闸运行状态和航行冲突区交通状况分析时，可以计算分析多线并列船闸联合调度过程中，船闸与船闸、船闸与船舶、船舶与船舶间的相互影响，为多线并列船闸联合调度过程中的交通组织提供可靠的参考依据。

附图说明

图1是本发明的技术路线框图；

图2是本发明的实施例-长洲水利枢纽坝区河段通航环境示意图；

图3是本发明的实施例-长洲水利枢纽坝区上、下游航段在靠右定线制方案下的航路交叉示意图，也是图2的A部放大图；；

图4是本发明的船闸运行过程图。

图中：箭头为水流方向，1#、1#船闸，2#、2#船闸，3#、3#船闸，4#、4#船闸，1-1、上游1#锚地，1-2、上游2#锚地，1-3、上游危险品锚地，2-1、下游1#锚地，2-2、下游2#锚地，2-3、下游危险品锚地，3-1、洛湛铁路浔江大桥，3-2、马梧高速浔江大桥，3-3、西江三桥，3-4、西江一桥，3-5、云龙大桥，4-1、思恩洲，4-2、泗化洲，4-3、长洲岛，5-1、1#船闸上游靠船段，5-2、2#船闸上游靠船段，5-3、3#船闸上游靠船段，5-4、4#船闸上游靠船段，6-1、1#船闸下游靠船段，6-2、2#船闸下游靠船段，6-3、3#船闸下游靠船段，6-4、4#船闸下游靠船段，7-1、3#4#船闸上游停泊段、7-2、1#2#船闸下游停泊段、7-3、3#4#船闸下游停泊段，8-1、船闸上游的上行航线，8-2、船闸上游的下行航线，9-1、船闸下游的上行航线，9-2、船闸下游的下行航线，A1、船闸上游的冲突区域，J1、J2、船闸上游的交叉点，A1’、A2’、A3’、船闸下游的冲突区域，J1’、J2’、J3’、船闸下游的交叉点。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1，一种多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，包括以下步骤：

一）确定长洲水利枢纽四线船闸联合调度模拟的初始条件，包括航路条件、船舶调度条件和船闸运行条件。

1）航路条件为：根据船闸上、下游锚地间的通航水流条件、船闸口门区及连接段的航路交叉情况，确定船闸上、下游锚地间船舶的定线制方案。由于船舶定线制方案的确定不仅与航道的水流流速、流向等通航水流条件有关，还与船舶的性能、驾驶习惯有关，更涉及到一系列的管理问题。本实施例采用的航路方案是在已拟定的靠右定线制基础上的，不予赘述。

请参见图2、图3，其中图3为图2的A部放大图，长洲水利枢纽坝区河段通航环境简述如下：

长洲水利枢纽四线船闸并列布置于西江干流浔江河段的右岸，其中建成于2007年的1号船闸1#、2号船闸2#居左，将于2014年建成的3号船闸3#、4号船闸4#居右，中间由土石坝分隔，1号船闸1#、2号船闸2#共用上、下游引航道，3号船闸3#、4号船闸4#也共用上、下游引航道。1号船闸1#为2000吨级，闸室尺度为200m×34m×4.5m（长度×宽×深，下同），2号船闸2#为1000吨级，闸室尺度为185m×23m×3.5m。3号船闸3#、4号船闸4#为3000吨级，闸室尺度均为330m×34m×5.8m。四座船闸的合计年单向通过能力超过1亿吨，为目前国内外规模最大的内河船闸。

长洲水利枢纽坝区河段的通航环境复杂，西江干流浔江在坝址附近由于思恩洲4-1、泗化洲4-2、长洲岛4-3而形成分汊格局；枢纽上游存在两座桥梁，分别为洛湛铁路浔江大桥3-1与马梧高速浔江大桥3-2，下游存在三座桥梁，分别为西江三桥3-3、西江一桥3-4、云龙大桥3-5，由于桥区距离枢纽较近，桥梁、船闸以及水流的相互作用对于船舶的航行安全具有一定影响。

长洲水利枢纽上、下游锚地分洪水期和枯水期两类布置，本实施例仅以洪水期锚地为例，枯水期情况与此类似，不再赘述。洪水期上游有锚地三处，分别为上游1号锚地1-1，上游2号锚地1-2，上游危险品锚地1-3，洪水期下游也有锚地三处，分别为下游1号锚地2-1，下游2号锚地2-1，下游危险品锚地2-3。

船闸上、下游引航道两侧均布置了靠船段，1号船闸1#上游靠船段5-1，2号船闸2#上游靠船段5-2，3号船闸3#上游靠船段5-3，4号船闸4#上游靠船段5-4，1号船闸1#下游靠船段6-1，2号船闸2#下游靠船段6-2，3号船闸3#下游靠船段6-3，4号船闸4#下游靠船段6-4，各靠船段均可以停靠一个闸次的船舶。

3号船闸3#、4号船闸4#上游口门区附近布置了一个停泊段7-1，1号船闸1#、2号船闸2#下游口门区附近布置了一个停泊段7-2，3号船闸3#、4号船闸4#下游口门区附近布置了一个停泊段7-3，各停泊段均可以停靠两个闸次的船舶。

根据“大船优先进三线四线船闸、小船优先进一线二线船闸”的思路，依据加权平均船型方法计算理想情况下进出各船闸的船舶数量，然后，由《船闸总体设计规范》计算各船闸的进出闸时间，同时，结合船闸工程设计文件，确定船闸运行过程中每个状态的时间参数，结果见表1。加权平均船型方法根据船型尺度及其对应的比例来推求标准船型，本发明不予赘述。

表1船闸运行参数

2）基本的船舶调度条件为：由远及近从靠船设施上向多线并列船闸逐级调度。

长洲水利枢纽船闸主要采用“逐级调度”的方式对船舶进行调度，船舶在进入船闸前一般经过三次调度，即：由锚地→停泊段、停泊段→靠船段、靠船段→船闸。

靠船段→船闸的调度条件为：在出闸船舶完全经过靠船段后，靠船段上的船舶即可进闸。

停泊段→靠船段的调度条件为：在靠船段上的船舶数量为空时，停泊段上的船舶即可向靠船段调船。

锚地→停泊段的调度条件为：主要根据锚地距离船闸的距离，以及船舶的航速，从保障各级调度有效衔接的角度出发，确定各船闸远程调度的调船时机。本实施例初始工况1的发船条件为：上游锚地，在各船闸上行出闸5min后，即开始向对应的船闸发船；下游锚地，也在各船闸上行出闸5min后，即开始向对应的船闸发船。

3）船闸的运行条件为：在满足安全性要求的条件下，将船闸的运行看作是一个连续的过程，该过程包括10个状态，即开下闸门、下行出闸、上行进闸、关下闸门、灌水、开上闸门、上行出闸、下行进闸、关上闸门和泄水。但是在下列条件下，需要延迟上闸门和下闸门的开启：①共用引航道的另一个船闸已经开门；②共用引航道的另一个船闸处于出闸状态；③共用引航道的另一个船闸处于进闸状态；④该船闸对应的靠船段处于补船状态；⑤共用引航道的另一个船闸对应的靠船段处于补船状态。

上述船闸的运行条件应根据多线并列船闸上下游锚地间靠船设施的布置情况、船舶的调度条件、各船闸的设计运行条件等确定，以保障船闸运行及船舶进出闸的安全。在实际调度时，从安全考虑，一般禁止进出闸船舶在引航道内交叉和会遇，也不允许共用引航道的两个船闸同时出闸和进闸。实施例的船闸运行过程，请参见图4。

二）确定航行路线和潜在冲突区位置

根据步骤一）确定的航路条件，进一步确定多线并列船闸上、下游锚地间船舶的进出闸航行路线，其中船闸上游的上行航线8-1，船闸上游的下行航线8-2，船闸下游的上行航线9-1，船闸下游的下行航线9-2，每个船闸上、下游的进闸航行路线和出闸航行路线各为一条连续的多段线；船舶的逐级调度过闸过程可以看作是一种在固定航行路线上的运动过程，船舶运动过程中的位置可以根据该船舶与其对应船闸间的距离确定。根据该种方式，可以给出由于航线交叉所形成的潜在冲突区距离各船闸的位置，请参见图3及表2，其中船闸上游的冲突区A1，交叉点为J1、J2，船闸下游的冲突区域A1’、A2’、A3’，船闸下游的交叉点J1’、J2’、J3’。

表2长洲水利枢纽四线船闸口门区及连接段航路交叉情况

三）建立船闸运行状态数学模型

由步骤一）确定的船舶调度条件和船闸运行条件，建立以船闸运行条件和船舶调度条件为约束的船闸运行状态数学模型：

$f(t_0+t_1+t_2)=\left\{\begin{array}{cc}R\left(i\right)& (t_2<t_{R\left(i\right)})\\ R(i+1)& (t_2>=t_{R\left(i\right)},i+1<=n)\\ R\left(0\right)& (t_2>=t_{R\left(i\right)},i=n)\end{array}\right.$

其中f(t₀+t₁+t₂)为时间t₀+t₁+t₂时刻船闸的状态；t₀为前一个状态结束时模型已运行的时间；t₁为目前状态等待的时间；t₂为目前状态运行的时间；i为状态的序号，n为序号的最大值；R(i)为处于第i状态；t_R(i)为第i状态应持续的时间；船闸运行过程分为10个状态，状态序号i=0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。船闸运行过程请参见图4，各状态应持续的时间请参见表1。

根据船闸运行条件，在开闸时，需要判断闸门是否要延迟开启，否则，当船闸的某一状态持续时间达到设计应持续的时间，即进入下一个状态，同时将模型已运行的时间赋值给t₀，并将t₁、t₂初始化为0。

在船闸完成一个闸次的最后一个状态后，将船闸的状态恢复至0。

四）建立船队运动数学模型

根据步骤一）确定的船舶调度条件和步骤二）确定的航行路线，建立船队运动数学模型：

$f\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}L\left(j\right)+k\&times;V\left(j\right)& (k<(L(j+1)-L\left(j\right))/V\left(j\right))\\ L(j+1)& (k>=(L(j+1)-L\left(j\right))/V\left(j\right))\end{array}\right.$

其中f(k)为船队运动k时间的位置函数；k为船队已经运动的时间；L(j)为船队起始位置到船闸的距离；L(j+1)为船队的目标位置到船闸的距离；V(j)为船队在该航段的航速；j为目标位置的序号。

在本实施例中，将船队的起始位置和目标位置分别设定在不同的靠船设施上，如锚地、停泊段、靠船段和船闸等。

五）船闸运行效率以及冲突区交通状况分析

根据步骤三）得到模拟过程中船闸目前状态等待的时间t₁，将每次即将变换状态时的t₁记做t_1max，为每闸次每个状态等待的时间。

由每闸次每个状态等待的时间t_1max，根据下列公式计算在模拟时间内各船闸等待的总时间：

T₁=∑t_1max

其中，T₁为模拟时间内各船闸等待的时间之和。在相同的模拟时间内，T₁的数值越大，船闸的运行效率越低。

根据步骤四）得到船舶在每个时刻的位置，结合步骤二）确定的冲突区位置，判断各时刻可能产生冲突的两个船队的交通流状态，分别为p₁(t)、p₂(t)，当t时刻船队位于冲突区范围内时，为1，否则为0。

每种船舶潜在的航线交叉方式下，t时刻冲突区是否存在冲突可由下述条件确定：

P(t)=p₁(t)×p₂(t)

将模型所有时间变量的单位与模型计算采用的步长保持一致，通过统计P(t)连续为1的时间来得到每次交通流冲突所持续的时间，同时根据下式计算在模拟时间内，每种冲突方式下船舶交通流冲突的总时间：

T₂=∑p(t)

其中T₂为每种冲突方式下船舶交通流冲突的总时间。在相同的模拟时间内，T₂的数值越大，冲突区的交通状况越差。

在本实施例中，利用上述方法，计算在上行出闸5min、上行出闸15min和上行出闸25min三种工况时，分别由上游锚地和下游锚地向各船闸发船时，船闸运行一天即1440min时，进出闸船舶在潜在冲突区的交通流冲突情况，发现：进出1号船闸1#和2号船闸2#的船队间可以避免交叉，进出3号船闸3#和4号船闸4#的船队间也可以避免交叉，但进出1号船闸1#和2号船闸2#的船队与进出3号船闸3#和4号船闸4#的船队无法避免交叉，在船闸运行一天的情况下，上游交叉6～7次，交叉时间总计29～41min，下游交叉4～7次，交叉时间总计21～36min。在现有调度条件下，进出1号船闸1#和2号船闸2#的船队与进出3号船闸3#和4号船闸4#的船队间存在较大的相互干扰，为避免交叉，需要延迟远程锚地发船的时机或是延迟船舶出闸的时间，同时，应增强对潜在冲突区的交通监管能力。表3、表4给出了在上行出闸5min时，潜在冲突区内船舶交通流的交叉情况。

表3上游口门区及连接段潜在冲突区的交通流冲突情况表

表4下游口门区连接段潜在冲突区的交通流冲突情况表

本发明采用的模型设计方法也可用于构建船闸通过能力计算仿真模型。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

一）确定船闸联合调度模拟的初始条件，包括航路条件、船舶调度条件和船闸运行条件；

1）航路条件为：根据多线并列船闸上、下游锚地间的通航水流条件情况、船闸口门区及连接段的航路交叉情况，以及其它通航限制性因素，确定多线并列船闸上、下游锚地间船舶的定线制方案，以及在该方案下，船舶潜在的航线交叉方式；

2）基本的船舶调度条件为：由远及近从靠船设施上向多线并列船闸逐级调度；

3）船闸的运行条件为：在满足安全性要求的条件下，将船闸的运行看作是一个连续的过程，该过程包括10个状态，即开下闸门、下行出闸、上行进闸、关下闸门、灌水、开上闸门、上行出闸、下行进闸、关上闸门和泄水；但是在下列条件下，需要延迟上闸门和下闸门的开启：①共用引航道的另一个船闸已经开门；②共用引航道的另一个船闸处于出闸状态；③共用引航道的另一个船闸处于进闸状态；④该船闸对应的靠船段处于补船状态；⑤共用引航道的另一个船闸对应的靠船段处于补船状态；

二）确定航行路线和潜在冲突区位置

根据步骤一）确定的航路条件，进一步确定多线并列船闸上、下游锚地间船舶的进出闸航行路线，每个船闸上、下游的进闸航行路线和出闸航行路线各为一条连续的多段线；将船舶的逐级调度过闸过程看作是一种在固定航行路线上的运动过程，船舶运动过程中的位置由该船舶与其对应船闸间的距离确定，根据该种方法，给出由于航线交叉所形成的潜在冲突区距离各船闸的位置；

三）建立船闸运行状态数学模型

由步骤一）确定的船舶调度条件和船闸运行条件，建立以船闸运行条件和船舶调度条件为约束的船闸运行状态数学模型：

$f(t_0+t_1+t_2)=\left\{\begin{array}{cc}R\left(i\right)& (t_2<t_{R\left(i\right)})\\ R(i+1)& (t_2>=t_{R\left(i\right)},i+1<=n)\\ R\left(0\right)& (t_2>=t_{R\left(i\right)},i=n)\end{array}\right.$

其中f(t₀+t₁+t₂)为时间t₀+t₁+t₂时刻船闸的状态；t₀为前一个状态结束时模型已运行的时间；t₁为目前状态等待的时间；t₂为目前状态运行的时间；i为状态的序号，n为序号的最大值；R(i)为处于第i状态；t_R(i)为第i状态应持续的时间；船闸运行过程分为10个状态，状态序号i=0，1，2，3，4，5，6，7，8，9；

四）建立船队运动数学模型

根据步骤一）确定的船舶调度条件和步骤二）确定的航行路线，建立船队运动数学模型：

$f\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}L\left(j\right)+k\&times;V\left(j\right)& (k<(L(j+1)-L\left(j\right))/V\left(j\right))\\ L(j+1)& (k>=(L(j+1)-L\left(j\right))/V\left(j\right))\end{array}\right.$

其中f(k)为船队运动k时间的位置函数；k为船队已经运动的时间；L(j)为船队起始位置到船闸的距离；L(j+1)为船队的目标位置到船闸的距离；V(j)为船队在该航段的航速；j为目标位置的序号；

五）船闸运行效率以及冲突区交通状况分析

根据步骤三）得到模拟过程中船闸目前状态等待的时间t₁，将每次即将变换状态时的t₁记做t_1max，为每闸次每个状态等待的时间；

将模型所有时间变量的单位与模型计算采用的步长保持一致，通过统计P(t)连续为1的时间来得到每次交通流冲突所持续的时间，同时根据下式计算在模拟时间内，每种冲突方式下船舶交通流冲突的总时间：

T₁=∑t_1max

其中，T₁为模拟时间内各船闸等待的时间之和，在相同的模拟时间内，T₁的数值越大，船闸的运行效率越低；

根据步骤四）得到船舶在每个时刻的位置，结合步骤二）确定的冲突区位置，判断各时刻可能产生冲突的两个船队的交通流状态，分别为p₁(t)、p₂(t)，当t时刻船队位于冲突区范围内时，为1，否则为0；

每种船舶潜在的航线交叉方式下，t时刻冲突区是否存在冲突可由下述条件确定：

P(t)=p₁(t)×p₂(t)

在模拟时间内，每种冲突方式下船舶交通流冲突的总时间由下式计算：

T₂=∑p(t)

其中T₂为每种冲突方式下船舶交通流冲突的总时间；在相同的模拟时间内，T₂的数值越大，冲突区的交通状况越差。

2.根据权利要求1所述多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，其特征在于，通过调整锚地的发船时机，来改善冲突区交通状况，或是进一步调整船闸运行条件和船舶调度条件，来提高船闸运行效率及改善冲突区交通状况。

3.根据权利要求1所述多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，其特征在于，在所述步骤三）中，船闸运行的状态按实际运行顺序进行排序。

4.根据权利要求1所述多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，其特征在于，在所述步骤四）中，将船队的起始位置和目标位置分别设定在不同的靠船设施上。

5.根据权利要求1所述多线并列船闸联合调度模拟及分析方法，其特征在于，在所述步骤四）中，船队的起始位置和目标位置按距离船闸的远近依次进行排序。

Images